788-654778

2.10.4 Рассчитать коэффициент широкополосности F ООВ при

2.10.5 Оценить максимально допустимое расстояние оптического сегмента, на которое можно передать одноканальный сигнал с частотой В=100ГГц без ретрансляции, исходя из ограничений, вносимых поляризационной модовой дисперсией, если T 1пс / км .

Решение

На основании (2.48) получим:

0,004 .

2.11.2Рассчитать максимальный диаметр сердцевины, при котором соблюдается одномодовый режим, если λ = 1.6 мкм; NA = 0.12.

2.11.3Рассчитать τхр, при М(λ) = –10 пс/км*нм; В(λ) =20 пс/км*нм,

Δλ = 0.1 нм; L = 1 км и определить реализуемую при этом максимальную скорость передачи.

2.11.4 Какой вид дисперсии ПМД или ХР преобладает в SMF на

1,55мкм если L 49км, Т 1пс / км и 0,1нм .

2.11.5Каково значение коэффициента хроматической дисперсии для Rec. G.652 на рабочей длине волны 1620нм.

31

32

Т0,2пс / км и L = 4 км.

2.11.9Какова должна быть величина удельной хроматической дисперсии, чтобы обеспечить при скорости 10 Гбит/с длину ЛС L=50 км

(Δλ<<0.01)?

2.12 Соединение оптических волокон

2.12.1 Потери в месте соединения ООВ хорошо описываются приближенной формулой:

где w – разность диаметров модовых пятен. Как правило,

w (0.08,0.1,0.12,0.15)[дБ] . w

2.12.2 Разъемные соединители

К соединителям предъявляются следующие основные требования: малые вносимые потери, малое обратное отражение, устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям, высокая надежность и простота конструкции, минимальное ухудшение характеристик после многократных повторных соединений.

При соединении различных типов волокон или при некачественном выполнении оконцевания неизбежно появляются дополнительные виды потерь.

Потери из-за вариации показателей преломления являются следствием чисто френелевского рассеяния и определяются в простейшем случае для волокна со ступенчатым профилем как:

где n1, n1 – показатели преломления сердцевин волокон.

Потери при вариации апертур возникают в том случае, если апертура волокна NA1, передающего сигнал, больше апертуры волокна NA2, принимающего сигнал, и определяется как

32

33

Если NA1< NA2 апертурные потери не возникают.

Потери при вариации диаметров возникают, когда диаметр D1 передающего волокна больше диаметра D2 принимающего, и определяется соотношением

Потери, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединителя, так и процесса сборки оптического шнура, называют внешними. Внешние потери зависят от таких факторов как: механическая нестыковка, шероховатости не торце сердцевины, загрязнение торцов, стыкуемых волокон.

Потери при угловом смещении двух стыкуемых одинаковых волокон определятся

Потери при осевом смещении двух стыкуемых одинаковых волокон определятся

где n0 – показатель преломления среды, заполняющей пространство стыка.

Приведенное соотношение для потерь при осевом смешении учитывает только фактор апертурной расходимости светового потока. При появлении зазора неизбежно появится и френелевское отражение, которое можно оценить как

33

34

2.14 Задачи к разделу «Соединение оптических волокон»

2.14.1На некотором участке сети, работающей в дуплексном режиме, произведена стыковка волокон 10/125 и 50/125. Определить потери предаваемого оптического сигнала в обоих направлениях.

2.14.2Определить максимальные потери при стыковке волокон с разной числовой апертурой NA1 = 0.2; NA2 = 0.2.

2.14.3Произведены стыковка одномодовых ОВ со ступенчатым ППП,

показатели преломления сердцевин которых n1 = 1,46; n2 = 1,49. Определить потери световой энергии, вызванные френелевским рассеянием.

2.16.4Рассчитайте потери, возникающие при некачественной стыковке двух одинаковых волокон. Полагать, что возникло осевой смещение на 1,2 мкм. При расчете учитывать лишь апертурную расходимость светового пучка.

2.14.5Рассчитайте потери, возникающие при некачественной стыковке двух одинаковых волокон d = 8 мкм. Полагать, что возникло осевое смещение на 2 мкм.

2.14.6Рассчитайте потери, возникающие при некачественной стыковке

двух одинаковых волокон d = 8 мкм. Полагать, что возникло угловое смещение на 2о.

34

35

2.14.7 Определить потери αпот в месте соединения ООВ при относительной разности модовых пятен ∆ω/ω =0,08.

3 РАСЧЕТ ДЛИНЫ РЕГЕНЕРАЦИОННОГО УЧАСТКА

3.1 Расчет длины регенерационного участка по затуханию

Общее затухание регенерационного участка:

разъемных оптических соединителей.

Общее число неразъемных оптических соединителей на участке с учетом соединений станционного и линейного ОК:

где lСД - средняя строительная длина ОК.

Оптический приемник будет принимать и обрабатывать сигнал при условии p2 pпр , где pпр - пороговая чувствительность (минимально

допустимый уровень мощности принимаемого сигнала). Однако в реальных условиях оптический приемник не может работать на максимальной пороговой чувствительности, т.к. постоянно меняется мощность принимаемого сигнала. Поэтому задают определенный диапазон изменения уровня принимаемого сигнала М (минимальная перегрузка оптического приемника или энергетический запас):

Здесь Э p1 pпр - энергетический потенциал системы передачи.[1]

Энергетический потенциал системы передачи определяет максимально допустимое затухание оптического сигнала в оптическом кабеле, в разъемных и неразъемных соединениях на участке регенерации, а также другие потери в узлах аппаратуры. Энергетический потенциал определяется как разность между уровнем мощности оптического сигнала, введенного в волокно, и уровнем мощности на входе приемного устройства, при котором коэффициент ошибок регенератора не превышает заданного значения, установленного для данной СПИ.

35

36

Энергетический запас системы обычно составляет 6 дБ.[2]

3.2 Расчет длины регенерационного участка по дисперсии

Предположим, что линейный код цифровой ВОСП имеет простейшую форму (например NRZ). В этом случае длительность импульса в начале регенерационного участка равна единичному интервалу: tИ T . В конце регенерационного участка длительность импульса tИ T 0 Lрег _ д , где 0 / L

- дисперсия на единицу длины.

Чтобы не было перекрытия между соседними импульсами на входе

3.3 Примеры решения задач

3.3.1 Определить длину регенерационного участка ВОЛС, реализованной на основе стандартного ОВ ( Rec. G. 652).

Исходные данные

Скорость передачи (STM-64)………………………………В=5Гбит/с

рабочая длина волны……………………………………… λ=1,55мкм ширина спектра излучения на уровне 3 дБ……………… Δλ≤0,1 нм уровень мощности, вводимой в ОВ……………………… р1=0 дБм пороговая чувствительность……………………………… рпр=-30 дБм энергетический запас……………………………………… М=6 дБм

Параметры ОК Коэффициент затухания……………………………………α=0,25 дБ/км

удельная хроматическая дисперсия…………………….....D=20 пс/км*нм средняя строительная длина……………………………….lсд==2 км Параметры линейного тракта: N рс=2; αрс=0,3 дБ; αнс=0,1дБ.

36

37

Таким образом, длина регенерационного участка ограничена дисперсией.

3.3.2 Многомодовое ОВ (рек.G.651) с показателем преломления сердцевины n1=1,47 и числовой апертурой NA=0,275 используется в ЛВС (LAN) длиной 2000 м. Определить максимальную скорость передачи и требуемый энергетический потенциал линии.

Решение:

Определим величину межмодовой дисперсии для линии длиной 2 км:

Определим полосу частот, равную по величине битовой скорости:

Рассчитаем величину требуемого энергетического потенциала:

Э рс N рс М 3 0,3 2 2 5,6дБ .

3.4 Задачи для самостоятельной работы

3.4.1 Определить длину участка регенерации. Параметры ВОЛС представлены в таблице.

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета участка регенерации ООВ

37

38

3.4.2 Определить длину элементарного кабельного участка реализованного на МОВ (рекомендация G.651) в первом (780...860 нм) и втором (1280...1320 нм) окнах прозрачности, при этом n1=1,46 и n1=1,45. Параметры ВОЛС представлены в таблице.

Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета участка регенерации МОВ

3.4.3 Выбрать и обосновать тип ОВ (в соответствии с рек. ITU-T), обеспечивающий максимальную скорость передачи для линии связи длиной 2 км, исходя из экономической эффективности (минимальных затрат). В расчете учесть потери при вводе излучения в ОВ.

3.4.4 Определить величину энергетического потенциала и наибольшую длину участка регенерации магистральной ВОЛС, использующей ОВ типа G.652 на длине волны λ = 1340 нм (S0 = 0.092 пс/нм2*км и λ0 =1300 нм), при передаче потока STM – 16, линейный код передачи - NRZ. Источник излучения - LD со спектральной шириной λ = 2 нм. При расчете учесть: энергетический запас; потери на соединениях ОВ (разъемных, неразъемных), макроизгибах (кабельные потери). В ВОЛС использованы пассивные компоненты: 1 ответвитель с коэффициентом деления 10:90%, коммутатор резервного канала. Составить расчетную таблицу.

3.4.5Выбрать и обосновать тип ОВ (в соответствии с рек. ITU-T), обеспечивающий минимальный энергетический потенциал на трассе длиной 60 км с максимально возможной скоростью передачи. В расчете учесть: число неразъемных соединений – 24, число разъемных соединений – 4, энергетический запас принять равным 4,2 дБ. Источник излучения имеет

λ=1нм.

3.4.6Многомодовое ОВ используется в ЛВС (LAN) в горизонтальной проводке длиной 2000 м. Определить максимальную скорость передачи, реализуемую МОВ (рек. G.651) с показателем преломления сердцевины

n1=1,47 и числовой апертурой NA=0.2. Оценить минимальный необходимый энергетический потенциал линии, исходя из экономической эффективности ЛВС (рассмотреть возможность применения СИД или ЛД).

38

39

3.4.7 Определить минимальное число регенерационных участков, необходимых для перекрытия трассы Омск-Новосибирск (900 км), считая их равнопролетными. Скорость передачи 622 Мбит/с. Используется стандартное ОВ(SMF) на длине волны λ= 1540 нм при ширине спектра источника излучения ЛД (LD) λ=0,5нм.В линии связи использованы пассивные компоненты:1 оптический переключатель и 1 ответвитель. Учесть: потери на стыках строительных длин, в коннекторах, а также кабельные потери. Энергетический бюджет линии составляет Э= 28дБ

3.4.8 Определить максимальную длину участка регенерации магистральной линии связи, реализованной на основе ОВ марки Corning LEAF, использующей длину волны, λ2 = 1600 нм при скорости передачи 10 Гбит/с. В качестве источника излучения используется одномодовый ЛД (DFB-лазер). Рассчитать необходимый энергетический потенциал с учетом строительных длин, потерь в коннекторах и неразъемных соединениях.

4 КОМПЕНСАЦИЯ ДИСПЕРСИИ

4.1 Общие положения

Для компенсации дисперсии в одномодовых волокнах используют специальный тип ОВ– DC волокно (DCF – Dispersion Compensating Fiber–

волокно для компенсации дисперсии).

Профиль показателя преломления в DC волокнах выполнен в виде узкого центрального пика, окруженного кольцом с меньшим скачком показателя преломления (рис. 6.1). На коротких длинах волн мода ведется в основном центральным пиком. С увеличением длины волны диаметр моды увеличивается, а модовый показатель преломления, соответственно, уменьшается. При этом изменяется коэффициент дисперсии волокна, величина которого пропорциональна (со знаком минус) второй производной по длине волны от эффективного показателя преломления волокна. Эта производная проходит через максимум, когда поле моды достигает кольца, окружающего центральный пик. Таким способом удается создавать волокна, обладающие большим (по модулю) отрицательным коэффициентом дисперсии.

Рисунок 4.1 – Типичный профиль коэффициента преломления волокна DSCF компенсатора

Устройства компенсации дисперсии DCD (Dispersion Compensation Devices) придают сигналу равную по величине, но противоположную по знаку дисперсию и восстанавливают первоначальную форму импульсов.

39

40

Обычно DC волокно наматывается на катушку, образуя модуль – модуль компенсации дисперсии (DCM – Dispersion Compensation Module), который включается в определенных точках магистрали, так что среднее значение дисперсии ЭКУ (элементарного кабельного участка)

Возможности компенсации дисперсии волокон могут быть оценены с помощью коэффициента относительной крутизны дисперсионной кривой

RDS, который определяется как отношение крутизны дисперсионной кривой к величине хроматической дисперсии :

(6.2)

где D и S есть величина дисперсии и крутизна дисперсионной кривой на единицу длины соответственно. Если RDS волокна DSCF (Dispersion and its Slope Compensation Fiber – волокно со специально подобранной величиной дисперсии и наклона коэффициента дисперсии) является таким же, как и передающего волокна, то становится возможной полная компенсация наклона дисперсионной кривой передающего волокна путем подбора длины DSCF, подобно тому, как осуществляется компенсация полной дисперсии волокна. Степень компенсации наклона (Скн) может быть представлена следующим выражением :

Если RDS волокна DSCF компенсатора и волокна одинаковы, то степень компенсации наклона составляет 100% и результирующая дисперсия после компенсации становится близкой к нулевому значению.

Другой важной характеристикой DSCF компенсаторов является

показатель качества, или эффективность (FOM). Он определяется как величина дисперсии на единицу потерь в волокне :

4.2 Примеры решения задач

4.2.1 Выбрать тип модуля компенсации дисперсии, который необходимо включить в линейный тракт сети SDH, реализованной на основе стандартного ОВ (Rec. G. 652). Параметры аппаратуры приведены в задаче

3.3.1.

Решение:

1) Определим длину регенерационного участка по затуханию и дисперсии без учета компенсатора

Необходимо увеличить длину регенерационного участка по дисперсии так, чтобы она была сравнима с длиной регенерационного участка по затуханию;

40